油缸活塞桿熱處理

梁合意 彭朝暉 唐志英

(瀟湘職業(yè)學院,湖南婁底 417009)

油缸活塞桿熱處理

梁合意 彭朝暉 唐志英

(瀟湘職業(yè)學院,湖南婁底 417009)

45鋼活塞桿經調質處理獲得良好強韌性配合的綜合力學性能。表面淬火的目的是獲得高的表面硬度，以支撐表層鍍鉻層，從而提高活塞桿的耐磨性與耐蝕性。去應力退火安排在磨削加工之后電鍍之前，以充分消除活塞桿內部殘余應力，提升鍍層質量與產品合格率。

活塞桿 鍍層裂紋 原因分析

1 前言

液壓油缸是工程機械液壓系統(tǒng)中重要的執(zhí)行元件，用于執(zhí)行往復運動，驅動工程機械完成各種功能。活塞桿是液壓油缸中連接活塞和工作部件的技術要求較高的關鍵傳力零件，工作過程中需承受較大拉應力，因此，活塞桿必須具有足夠的強度、剛度、韌性，同時因使用中受磨粒沖刷，極易產生磨損，還須具有較高的耐磨性。長缸活塞桿采用45鋼制造，其加工工藝路線為：鍛材（軋材）—下料—調質—校直—機械加工—表面淬火、回火—校直—桿頭焊接—機加工—磨削—去應力退火-拋光—鍍硬鉻—拋光—清洗—裝配?；钊麠U熱處理是保證活塞桿內在質量與力學性能的關鍵工序，熱處理質量的好壞直接關系到整個液壓系統(tǒng)的壽命和可靠性，如果熱處理不當，造成活塞桿使用過程中早期斷裂，輕則損毀其他零件，嚴重時可能造成整個設備的毀壞與人員傷亡。

2 調質處理

調質處理的目的是使活塞桿具有強度、硬度、塑性、韌性良好匹配的綜合力學性能，內部組織為均勻細小的回火索氏體，為后續(xù)表面淬火作好組織準備。長缸活塞桿長度達3800-4200，直徑為Φ90-Φ110mm，因此其加熱設備采用150KW的井式電阻爐或600KW懸掛式連續(xù)電阻加熱爐，溫度分上下兩區(qū)控制。熱處理工藝參數(shù)： 在井式爐中一爐懸空裝4支，淬火加熱溫度為830±10℃，保溫160min后分2次出爐淬火，每次淬2支，采用循環(huán)冷卻水冷卻，淬火冷卻時上下擺動，以保證最大限度的冷卻均勻，冷卻到100℃左右（桿冒蒸汽但不起泡）出水入井式回火爐回火。然后4支一次采用550±10℃加熱、保溫190min回火后水冷。經上述工藝調質處理后，性能不穩(wěn)定，硬度在210-255HBS之間波動，同一支活塞桿上、中、下硬度也相差很大。且有時有個別爐次硬度不合格或強度偏低，需進行返修處理。淬火變形比較大，增大后續(xù)校直與機械加工難度。因45鋼淬透性差，金相觀察其內部組織并不是單一均勻的回火索氏體，而是在其心部存在大塊的游離鐵索體，個別零件還存在網狀鐵索體與魏氏組織。

為解決上述問題，我們采用懸掛式連續(xù)熱處理調質爐進行淬火加熱，每掛裝2支，加熱保溫后出爐自動淬火，每節(jié)拍出一掛，確保加熱均勻。考慮到45鋼的Ac3溫度為770-780℃，為盡可能細化晶粒與減小變形，我們采用790±10℃亞溫淬火工藝，細化奧氏體晶粒，淬火后得到細小均勻的板條馬氏體，以提升活塞桿的強韌性配合。為進一步減小變形，同時提升淬火液冷卻均勻性，我們在自來水中添加5%-10%的淬火添加劑，淬火時同樣采用循環(huán)水泵強制冷卻液循環(huán)冷卻。回火仍采用550±10℃加熱，節(jié)拍同淬火節(jié)拍一至，回火后出爐水冷，抑制第二類回火脆性的產生。經上述工藝改進后，內部組織為均勻的細小回火索氏體，削除了大塊狀或網狀鐵素體與魏氏組織，硬度強度均勻、穩(wěn)定。

3 表面淬火

活塞桿工作過程中運動頻繁，受力復雜，因此除要求具有良好的綜合力學性能防止變形與斷裂外，還要求其表面具有較高的耐磨性，表面硬度要求達到58-62HRC，生產過程中常采用高頻淬火處理。淬火設備選用半自動連續(xù)淬火加熱爐，活塞桿由上料機輸送到淬火爐傳送帶上，通過傳送帶水平旋轉勻速送入感應圈中加熱淬火。表面淬火的關鍵是感應線圈的制作與淬火工藝參數(shù)的選擇。感應線圈采用10*8mm矩形銅管彎制而成，并設計為雙層結構并排放置，前后圈之間相隔一定距離，前圈不做噴水孔，利用前圈進行預熱。后圈鉆孔徑為0.9mm的噴水孔，沿圓周均勻分布，噴水角度設計為36度;感應圈內徑比活塞桿外徑大4-5mm。淬火加熱陽極電壓PV為11-12KV，陽極電流PA為1.9-2.2A，柵極電流GA為0.38-0.40A，通過調節(jié)活塞桿送料架旋轉速度來控制活塞桿移動速度，將活塞桿表面加熱到890-910℃后激速噴水冷卻。淬火液選用專用淬火液加50-60%的水稀釋而成，噴水壓力保持在0.1MPa左右，通過控制噴水冷卻時間從而控制水冷后產品溫度，利用余熱自身回火。經檢測，淬硬層深度為2-3mm，表層組織為回火馬氏體，心部組織為回火索氏體，表面硬度為58-60HRC，心部硬度為210-230HBS。

4 去應力退火

由于表面淬火是利用產品自身余熱進行回火處理，回火溫度逐步降低，沒有一個完整的回火保溫過程，回火時間短，應力消除不完全，部分產品中存在較大的殘余應力。在后續(xù)磨削加工過程中，如果磨削內應力與表面淬火的殘余內應力相疊加，當應力值超過材料抗拉強度時，活塞桿表面會產生應力裂紋，如果應力沒有超過材料抗拉強度而以殘余應力形式存在于產品當中，在后續(xù)鍍鉻或使用過程中因應力重新分配而引起鍍層開裂，造成鍍鉻層產生裂紋。因此，活塞桿鍍鉻前必須進行退火處理，以消除磨削與表面處理產生的內應力。去應力退火加熱溫度為200-230℃，保溫190min后隨爐冷卻到160℃出爐空冷。

5 結語

活塞桿經調質處理后獲得良好的綜合力學性能，并為后續(xù)表面處理做好組織準備。表面淬火的目的是獲得高的表面硬度，以支撐表層鍍鉻層，從而提高活塞桿的耐磨性與耐蝕性。去應力退火安排在磨削加工之后電鍍之前，以充分消除活塞桿內部殘余應力，提升鍍層質量與產品合格率，提高活塞桿使用壽命。

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湖南省教育科研基金資助項目(12C1234)。